一种基于棋盘格的高精度分区域相机标定方法

在视觉测量系统中,相机的标定精度至关重要,将影响整个测量系统的精度。针对现有相机标定方法难以兼顾精度和操作复杂度的问题,本文提出了一种基于棋盘格的高精度分区域相机标定方法。首先,将棋盘格置于不同位置,提取不同位置角点的世界坐标和像素坐标,对所有角点用线性变换和非线性最优算法求解出全局标定参数。然后,将角点分为中间区域角点和边缘区域角点,对两区域角点分别标定得到两组分区域标定参数。标定实验结果表明：与全局标定法相比,分区域标定法的图像平均投影误差至少降低16%。该方法操作简单,精度高,可以很好的应用于工业视觉检测。     

钢轨全轮廓线结构光双目视觉测量系统标定

线结构光视觉测量技术因非接触和精度高的特点被用于钢轨磨耗测量。为解决钢轨断面全轮廓测量和线结构光测量系统现场标定困难的问题,提出了一种基于自由平面靶标的线结构光双目现场标定方法。首先,基于线结构光双目视觉测量模型搭建测量系统,分别采集两侧摄像机公共视角下任意位置的不含和包含线结构光的棋盘格平面图像;然后,采用棋盘格平面标定法获取两侧摄像机内部参数。利用线结构光平面与不同位置标定板相交产生的特征点拟合出线结构光平面在两侧摄像机坐标系中的平面方程,采用罗德里格斯变换原理求解出线结构光平面与两侧摄像机的外部参数;最后,结合摄像机内部参数和线结构光平面与摄像机外部参数实现钢轨全轮廓测量,并进行现场测试。试验结果表明,相机内参数标定误差约为0.03 pixel,结构光平面拟合度达0.999,钢轨断面全轮廓总测量偏差为0.54 mm,满足测量精度要求。     

二维旋转平台下的相机参数标定

针对可旋转相机的参数标定问题,提出了一种基于二维旋转平台的相机成像模型。首先,通过一对坐标系的变换与逆变换,将相机的旋转平移变换关系转换为二维旋转平台纯旋转关系;然后,借助旋转平台读数以及相机到旋转平台的固定变换关系,实现相机内参的精确标定以及任意位置间相机外参的相互转换;最后,利用标定出的相机与旋转平台间变换矩阵实现不同位置相机参数的转换。相比于传统固定相机的标定方法,本文提出的方法标定获得的相机内参具有更好的收敛性,而且能够标定出相机到旋转平台的变换矩阵,从而实现相机坐标系变换参数的精确计算。实验结果表明,在标定模板图像数量相同时,与常用的张氏标定法相比,本文提出的方法标定获得的相机内参具有更快的收敛速度。棋盘格角点重投影坐标与实际拍摄图像中棋盘格角点坐标相对比,平均误差约为0.12pixel,表明该方法具有较高精度。     

立体视觉和三维激光系统的联合标定方法

双目立体视觉和三维激光扫描是移动机器人环境探测与建模的常见传感测量方法。为实现两个系统的数据融合应用,必须为二者的测量坐标系建立数学关系,即对其进行传感器之间的位姿联合标定。为此提出了一种基于三维特征点距离匹配的联合标定新方法,设计了一种镂空棋盘格作为标定板。使用双目立体相机提取棋盘格角点三维坐标信息,使用激光测距雷达扫描获取镂空区域中心点三维坐标,最终通过最小化两组特征点的理论与实际测量距离的平方差获取两传感器坐标系之间的旋转矩阵和平移向量。进行的联合标定测量实验结果表明了该方法的准确性和可靠性。     

采用移动光靶标的分区域相机标定

针对工业视觉测量中的摄像机标定精度及效率低的问题,提出一种高精度CCD相机分区域标定方法。该方法首先利用三坐标测量机(CMM)带动圆形发光二极管(LED)光靶标按梯形台状做精确空间移动,结合最小二乘椭圆拟合算法求解光靶标的像面位置,并与CMM三维坐标形成精确的空间标定点集。同时,将像平面按圆环形对称结构分割成N个区域,并结合改进的Tsai算法分别对每个子区域进行相机参数的标定。标定实验结果表明:经过分区域标定,相机采集点的总误差比单区域标定法降低了17%(N=8),单点平均误差降低了20%左右。算法可实现自动精确标定点采集,操作过程简单,基本满足中等精度的工业测量要求。所提出的相机标定法可应用于工业视觉测量,特别是大工件测量领域。     

智能汽车激光雷达和相机数据融合系统标定

智能汽车采用激光雷达和相机的数据融合实现对环境的感知,针对数据融合中不同传感器坐标系的联合标定问题提出了特征点法和棋盘格法两种标定方法。特征点法采用专门设计的标定模板,提取若干对激光雷达和图像对应点,建立约束方程组,采用最小二乘法求解结果。棋盘格法采用张正友标定法获取相机的内部参数,利用棋盘格平面在两个坐标系的一致性,建立约束方程组,采用线性方法求解两个坐标系的外部参数初始解,再用非线性优化方法进一步优化。利用两种方法得到的标定结果将激光雷达点投影到图像上并比较其对准精度。实验表明,两种方法都可以获取各传感器坐标系之间的位置关系,其投影对准误差分别为特征点法3.03像素和棋盘格法2.33像素。     

基于自由靶标的线结构光视觉测量系统标定研究

针对现有的线结构光视觉测量系统现场标定方法存在效率低、操作复杂等不足,提出了一种基于自由移动平面靶标的标定方法。该方法以平面靶标作为标定对象,首先采用张正友的方法标定出了摄像机内部参数,然后引入了线结构光和自由移动平面靶标,以各种位姿下靶标内的激光条纹与棋盘格角点边线交点作为特征点,求取了特征点在摄像机坐标系下的坐标,并拟合出了结构光面平面方程,从而完成了整个测量系统的标定。试验结果表明,采用上述方法标定后的线结构光视觉测量系统测量误差小于1%,达到了较高的标定精度,能够满足使用要求。     

无人化起重机视觉识别关键技术研究与实现

文中基于相机模型和张正友标定原理,通过变换相机和棋盘格标定板间的相对位置和姿态获取图像集,从而利用Matlab视觉处理库和OpenCV开源视觉库实现对双目相机的标定,将重投影误差作为评价指标.然后以出厂值为参考,研究了Matlab和OpenCV 2种工具在不同照片数下对相机标定参数结果的影响.最后说明影响2种工具选择因...     

机器视觉3D四轮定位仪关键技术

四轮定位参数对于汽车的操控性、安全性以及耗油量等有重大影响.在阐述汽车四轮前束和外倾、主销内倾和后倾等主要定位参数以及3D四轮定位仪结构和测量原理的基础上,针对机器视觉3D四轮定位仪开发过程中的关键技术,基于图像特征点的灰度模型进行棋盘格型角点的亚像素精度提取;基于平面靶标进行相机内部参数的标定;采用旋转向量一致的双平而靶标进行相机外部参数的标定;基于靶标旋转平移过程中的几何关系,采用最小二乘法优化计算轮胎中心点和旋转轴向量.采用1 600像素×1 200像素、像素尺寸3.0 μm ×3.0 μm、USB3.0接口工业相机,940 nm波长LED环形光源,8 mm焦距低畸变工业相机镜头,6×6棋盘格型靶标开发出商品级的3D四轮定位仪,并与硬件档次相当的某国际品牌四轮定位仪进行了对比测试,基本达到设计精度.该商品已投放市场,用户反映良好.     

基于立体定向靶标的探针式多视场三维视觉测量系统

针对含有遮挡区域、深孔及凹槽等特征的多面体或回转体物体,设计了一套基于立体定向靶标的探针式多视场三维视觉测量系统,并阐述该套测量系统的结构组成和基本工作原理。首先,基于近景摄影测量技术建立立体定向靶标的6个单元模型,计算靶标各侧面角点在各自单元模型内的坐标,再通过单元模型的链接和光束平差,获取全部角点的精确全局坐标,并将其作为立体定向靶标的全局控制点。然后,设计了利用共面角点辅助定位的探针,仍基于近景摄影测量技术解算出角点和测头在探针坐标系中的精确坐标。最后,利用共面的棋盘格角点与其像平面之间的单应性矩阵,推导全局坐标系、探针坐标系各自与相机坐标系的位姿关系,进而求得探针测头的全局坐标。以量块（量棒）的标准长度作为评价指标,在2m×1.5m的视场范围内测量精度优于0.1mm。测量实验表明,多视场三维视觉测量系统用于具有回转体结构特征的水壶测量,能够获取水壶表面全部区域的点云数据。     

形貌视觉测量中立体拼接靶标的设计及应用

设计了一种正六棱柱形状的立体拼接靶标,以靶标侧面6个棋盘格的角点作为全局控制点。基于近景摄影测量技术,建立立体靶标的6个单元模型,通过计算模型内摄站间的相对位姿,推导出棋盘格角点在所属单元模型的局部坐标。以公共棋盘格为中介,确立相邻单元模型的坐标系转换关系。建立靶标的全局坐标系于1号棋盘格,推导该棋盘格平面与其像平面间的单应性矩阵,从而确立全局坐标系和1号棋盘格所处单元模型的坐标系的转换关系。依次递推实现全局坐标系和每个单元模型坐标系的转换,进而计算出全部靶标角点的全局坐标,再经光束平差算法获取精确值。以玻璃表面棋盘格的角点间距作为评价指标,拼接精度优于0.15 mm/m。基于立体拼接靶标的拼接试验表明,实体模型表面4个子区域的局部点云可被精确地拼接成整体点云。与基于全局控制点和平面靶标的拼接方法相比,本方法亦具有更高的拼接精度。     

检校场标定长焦航测相机参数

为实现长焦航测相机内参数及畸变参数标定,提出利用室外检校场对相机进行标定的方法。介绍了该方法由初值到精确值的两步法的求解步骤、计算过程及实验过程。首先通过给定已知特征点位置信息以及不同角度不同位置下拍摄的影像,通过特征点提取及匹配,根据像点坐标与世界坐标的线性对应关系,基于直接线性变换算法建立约束方程求取相机参数初值,进而通过混合LMQN(Levenberg-Marquardt与Qusai-Newton)迭代优化加速求解精确值。与精密测角法比无需精密设备的操作及记录,只需不同位置不同姿态拍摄多张包含精确位置信息的检校场影像即可。最后进行标定实验并对结果分析,基于检校场的标定方法在参数解算中特征点最大投影误差为2.471pixel,标定参数主点精度为9.7μm(2pixel),主距精度为4.3μm(1pixel),解算相机拍摄位置精度0.035m,满足测绘应用的精度需求。     

基于双视点特征匹配的激光-相机系统标定方法

针对传统的基于棋盘格的标定方法存在耗时且精度不高的问题,提出一种新的基于双视点特征匹配的激光-相机系统标定方法.采用自然场景中的普通物体作为标定物,通过三维激光扫描仪和相机分别采集两个不同视点下关于标定物的激光点云和图像数据,首先利用迭代最近点(iterative closet point,ICP)法对2组激光特征点集进行注册以获取两视点间的位姿转换关系,并结合立体三角化将第1个视点下获得的二维图像特征点转换到三维相机坐标系中,最后通过匹配同一视点下对应的三维激光与相机特征点集,求解出激光与相机坐标系间的外部标定参数.实验结果表明该方法能有效提高标定精度,缩短标定耗时.     

基于机器人的对接位姿视觉测量系统标定研究

针对传统的相机内参矩阵和相机位置参数标定方法较为繁琐复杂且与相机内参标定互相割裂的痛点,本文设计了一种基于机器人的对接位姿视觉测量系统标定方法,利用采集得到的不同位姿关系下标定板图像以及对应的末端机器人末端执行器位姿数据,解算视觉位姿测量过程中涉及到的不同坐标系间位姿转换关系,一次性完成相机内参标定和相机位置参数标定....     

聚光太阳能板视觉对位系统全局标定方法研究

针对聚光太阳能板视觉对位系统中存在相机间距离远,视野无重合,标定模型复杂等问题,研究了多相机阵列系统的高精度的全局标定方法。结合视觉对位平台的结构特征,设计出一种特定标定靶,根据圆形特征点间的位置约束关系,逐个求解非参考相机图像坐标系与全局坐标系间的外部参数,建立全局标定模型。标定实验表明,该方法精度高,切实可行。     

接触线双目视觉测量系统标定及立体校正方法研究

由于单个相机的镜头焦距和像面中心位置均存在偏差,且镜头成像存在畸变,而双目测量系统的两个相机的相对位置参数也不可避免存在误差,这将直接影响双目测量结果的可靠性与精度。因此,必须对每个相机的参数及两相机的位置关系进行精确标定。利用张正友的平面模板两步法对相机的内参数矩阵、外参数矩阵、镜头畸变参数和两相机的相对位置关系进行标定;然后,基于所得到的标定结果,应用bouguet立体校正方法对两相机拍摄的一对图像进行校正。实验结果表明,两相机的平均重投影误差均小于0.2个像素,达到了比较理想的标定精度。而且,通过bouguet立体校正,可使得非共面、非行对齐的一对图像实现共面和行对齐,充分证明了标定结果的准确性与可靠性。对接触线及类似目标的双目测量系统设计开发与标定提供了重要参考与理论依据。     

大视场远距离视觉测量系统的分步标定

为了克服工程大视场标定精度不高、标靶加工难度大以及现场操作繁琐的问题,本文基于工业近景摄影测量基本原理提出一种大视场多相机内、外参数的分步标定方法。首先,根据相机透视投影模型,在近距离采用小幅面标靶和角锥体法完成相机前截面内参数的解算;然后,在远距离被测空间内布置若干编码标志点,利用多片后方交会原理计算得到相机外参数;最后,对相机内、外参数进行整体光束平差优化,实现精确标定。为验证该方法的可行性和精度,进行了大视场视觉测量实验,测量结果表明本文标定方法的重投影误差小于0.08像素;外场试验实测10 m直升机旋翼总距角的相对误差小于0.1°。该方法可实现相机内参数标定实验室进行、外参数标定外场完成的操作分离。     

眼科手术机器人双目视觉标定方法研究

双目视觉系统通过相机模拟人眼,基于视差原理,从不同角度采集被测物体的两幅图像获取其二维信息,建立特征点的对应关系,计算出位置偏差,从而实现三维重建。眼科手术机器人双目视觉系统选用的标定方法是以张正友摄像机标定方法为基础,利用Harris角点检测方法实现亚像素点的精确化,对采集图像进行畸变矫正。将得出的标定结果与常用传统标定方法MATLAB相机标定工具箱Toolbox_calib的标定结果进行比较,分析像素误差。结果表明:使用新算法标定后的结果更加稳定,像素误差更小,精度更高,适用情况更加广泛,可用于眼科手术机器人的双目视觉标定系统中。     

线结构光与CMM集成测量系统一体化标定方法

线结构光三维视觉与三坐标测量机(CMM)测量系统的集成能够实现对复杂零件表面快速高精度的测量。系统的标定是实现集成测量的关键步骤,包括摄像机内外参数标定,光平面结构参数标定和两个测量系统测量坐标的全局统一。提出了线结构光与CMM集成测量系统一体化标定方法,首先采集多幅不同位姿下带有光条纹的2D靶标图像,然后利用CMM接触测头测量得到某一位姿2D靶标角点在CMM坐标系下的世界坐标,利用交比不变原理求取靶标上特征点的三维坐标,进而求取线结构光视觉传感器测量参数和线结构光传感器测量数据到CMM坐标系下的转换矩阵,实现一次数据采集完成集成系统所有测量参数的标定,标定方法简单且精度和效率较高。     

野外大视场单相机空间坐标测量系统的快速标定

针对靶场现场监测范围大,相机焦距不固定,相机空间位置及角度各不相同的情况,为实现对弹落点空间坐标位置的高精度自动测量,提出了一种在野外大视场环境下使用的基于单相机空间坐标测量系统的快速标定方法。首先,在小孔成像模型的基础上,通过GPS测量获得视场内两个标定点及相机在大地坐标系中的坐标;然后读取标定点的像素坐标,根据对角相等及最小二乘法实现焦距与旋转矩阵的分步标定;最后在保证标定精度前提下,略去主点的标定过程,确定相机主点为理想主点位置。实验结果表明,在测试距离1km以外,对视场宽度为200m的区域进行监测时,校验点相对定位误差低于0.25%。该相机标定方法不需要高精度靶标,操作简单,适用于野外大视场环境下单相机空间坐标测量系统的快速标定。